自愈混凝土（4）

　　5.2自愈合纤维混凝土

　　研究表明:裂缝的宽度是混凝土发生自愈合的关键。能够发生自愈合过程的裂缝宽度要求低于200μm，最佳情况是低于50 μm，特别是对于持续水化水泥的自愈合过程。然而在实际中是很难达到裂缝宽度要求。为了能够有效地对裂缝宽度进行控制，Li等人开发了一种新的纤维增强应变硬化水泥基复合材料，称为高延性水泥基复合材料(Engineered Cementi-tious Composites，简称ECC),ECC是根据微观力学和断裂力学原理设计以控制裂缝宽度。ECC中使用的纤维在经过设计后与砂浆基体协同作用，从而抑制局部性的脆性破坏。即使混合料局部受到几百牛顿的拉力，也只会产生微裂纹损伤。

　　应变硬化水泥基复合材料(Strain Hardening Cementitious Composites，简称SHCC)是代尔夫特大学Microlab的一个主要研究课题。对SHCC梁试件进行四点弯曲试验，试件挠度高达2. 4 mm，随后分别将其在水和空气中养护28 d。在水中养护的试件表现出极佳的挠度增强能力和刚度恢复能力，然而在空气中养护的试件并没有表现出以上性能。ESEM和XEDS(X射线衍射)的观察结果进一步证实了这个发现。愈合后试件的机械性能得到了恢复，裂缝中充满了反应产物。

　　基于上述研究可以得出以下结论:

　　(1)在水中养护的试件自愈合后的弯曲能力与原始试件相比可以恢复65%-105%，而空气中养护的试件的比例是40%-60%。此外，在初始线性阶段水中养护的自愈合试件比空气中养护的试件的刚度更大，原因是在水中裂缝内部形成了自愈合产物。

　　(2)通过ESEM和XEDS观察发现水中的微裂缝主要通过碳酸钙愈合。从ESEM还可以看出，愈合产物是从裂纹的两边向中间生长的。这是因为裂纹表而附近氢氧化钙的浓度相对较高，这些氢氧化钙从大块胶凝材料和不规则断裂而扩散至裂缝附近，在裂缝表而附近形成方解石。

　　(3) SHCC的自愈合能力很大程度上取决于未发生水化的水泥及其他胶结材料。低水灰比的胶结材料更能促进自愈合过程。

　　(4)减小SHCC混合物中裂缝的宽度同样是研究的重点，因为减小裂缝宽度将减少对用于填补裂缝的愈合产物的需要，愈合产物更容易从裂缝的两而生长从而连接到一起。

　　大裂缝和在空气中养护的试样的自愈合仍需进一步研究。图5表明宽度小于15 μm的裂缝很容易愈合。但是宽度大于60μm的裂缝只能部分愈合。为了进一步减小裂缝宽度，对添加超细纤维的PVA（聚乙烯醇）纤维增强水泥基复合材料进行了相关研究。超细纤维采用长度为2 mm和平均直径8μm的钢棉或岩棉纤维。这些超细纤维有助于分散水泥基中的裂缝，从而减小裂缝，提高自愈合效果。

　　针对自愈合只能在有水存在的条件下发生，己有两种方法使自愈合在干燥环境下也能发生。中空植物纤维可以存储大量液体，因此可被用于新的混凝土自愈合体系。将植物纤维作为储存愈合剂的储存器，一旦产生裂缝，纤维破裂后愈合剂就会向裂缝扩散并最终愈合裂缝。研究表明:使用填充了愈合剂的涂层木纤维(或纤维束)也能实现混凝土裂缝的自愈合。为了使新的自愈合系统起作用，至关重要的就是将纤维中的愈合剂释放。在研究中，首先在木纤维束上涂覆聚硅氧烷涂料，然后填充荧光染料愈合剂，最后密封。然而，涂层木纤维在分层模式中容易失效(图6)，失效与纤维长度和两端密封引起的负压力无关，可能是因为在单一裂缝平而上连续纤维或短纤维易被破坏，导致了愈合剂的流失。

　　在干燥环境下提高自愈合能力的第二个方法是在混合料中使用高吸水树脂( Super Absorbent Poly-mers，简称SAP) 。SAP吸水后在混凝土中可以发生水化反应，从而在后期促进自愈合过程。SAP通常被用作减少混凝土收缩的外加剂。相比于其他贮存水的容器,SAP所在的结构在经受下雨天气后将被重新充填，然后缓慢释放出自愈合过程所需要的水。